一种正极极片和钠离子电池的制作方法

本发明属于电池，涉及一种正极极片和钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池因为其相对于锂离子电池的成本优势，目前广受大众的关注，目前在储能和低速车领域有着广泛的应用前景，其工作原理与锂离子电池类似，在充放电过程中通过钠离子在正负极之间的脱出和嵌入实现能量的存储与释放。

2、同锂离子电池类似，目前钠离子电池在功率性能以及低温性能并不理想，由于目前对钠电的研究还不是很多，对于钠电功率性能提升的方法还不多，主要是从钠离子电池正极材料结构和形貌方面进行优化工作。

3、cn115490267a公开了一种功率层状氧化物正极材料及其制备方法，通过在过渡金属层原位引入合适的铜离子和尺寸较大的稀土离子以形成p2相正极材料，发挥多种金属离子在层状结构中的协同作用，以提升层状氧化物正极材料的空气稳定性和耐湿性，并满足钠离子电池功率性能的要求。

4、cn115377400b公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法、正极极片和钠离子电池；正极材料包括：正极活性物质；复合包覆层包括第一包覆层，第一包覆层包覆于正极活性物质的表面，第一包覆层包括氟掺杂氮化铝纳米带，且氟掺杂氮化铝纳米带中f和al之间形成有al-f键，且氟掺杂的来源为含氟有机物。一方面，氮化铝纳米带具有较高电离度，优异的电子电导率，为呈三维导电网络状的宽带隙的半导体，其能提高电池的循环性能、安全性能和功率性能；另一方面，形成的al-f键，能降低氮化铝纳米带的带隙，提高材料电子电导率，以提高电池的循环性能和功率性能。然而，上述的专利中，均是对某种正极材料的结构或组分进行优化，应用的范围有限。

5、因此，亟需开发一种正极，使用范围广泛，并能有效提升钠离子电池的功率性能和低温性能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种正极极片和钠离子电池。本发明的正极极片可采用不同种类的正极活性物质，应用范围广泛，并且极片中可形成活性炭网络，在电池充放电过程中，活性炭网络不仅能够有效提高正极极片的电导率，有利于电子和离子的传输，从而提高正极的动力学性能；同时，活性炭网络还可以在充放电过程中吸附和脱附离子(例如钠离子)，通过吸附和脱附的方式，可以提高电池的功率密度和低温性能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种正极极片，所述正极极片包括集流体和设置在所述集流体至少一侧表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、活性炭、导电剂和粘结剂，所述活性炭的d50粒径小于8μm，例如可以是7.9μm、7.8μm、7.6μm、7.5μm、7.3μm、7.1μm、7μm、6.9μm、6.8μm、6.6μm、6.4μm、6.2μm、6μm、5.9μm、5.8μm、5.6μm、5.4μm、5.2μm、5μm、4.9μm、4.8μm、4.6μm、4.4μm、4.2μm、4μm、3.9μm、3.8μm、3.6μm、3.4μm、3.2μm、3μm、2.9μm、2.8μm、2.6μm、2.4μm、2.2μm、2μm、1.5μm或1μm等。

4、本发明提供了一种正极极片，极片中可形成活性炭网络，在电池充放电过程中，活性炭网络不仅能够有效提高正极极片的电导率，有利于电子和离子的传输，从而提高正极的动力学性能；同时，活性炭网络还可以在充放电过程中吸附和脱附离子(例如钠离子)，通过吸附和脱附的方式，可以提高电池的功率密度和低温性能。其中，使用d50粒径小于8μm的活性炭，能够与正极材料尺寸更加匹配，填充正极材料颗粒间隙，更有利于形成活性炭网络，提升正极的导电性，同时较小的颗粒离子传输路径更短，更有利于提升活性炭在充放电过程中吸脱附离子的速率，进一步提升电池的功率和低温性能。

5、此外，本发明的正极极片可采用不同种类的正极活性物质，应用范围广泛。示例性地，所述正极活性物质包括但不限于过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物中的至少一种。

6、优选地，所述导电剂中不含活性炭。

7、可选地，所述导电剂包括零维碳材料、一维碳材料和二维材料中的至少一种。

8、可选地，所述零维碳材料包括导电炭黑和/或导电石墨。

9、可选地，所述一维碳材料包括碳纳米管、碳纳米棒和气相生长碳纤维中的至少一种。

10、可选地，所述二维材料包括石墨烯和/或氧化石墨烯。

11、可选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。

12、优选地，所述活性炭的d50粒径为4～7μm，例如可以是7μm、6.9μm、6.8μm、6.6μm、6.4μm、6.2μm、6μm、5.9μm、5.8μm、5.6μm、5.4μm、5.2μm、5μm、4.9μm、4.8μm、4.6μm、4.4μm、4.2μm或4μm等。

13、优选地，所述正极活性物质的d50粒径为1.5-5μm，例如可以是1.5μm、1.7μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。

14、优选地，所述活性炭的比表面积为1500～2000m2/g，例如可以是1500m2/g、1520m2/g、1530m2/g、1550m2/g、1600m2/g、1650m2/g、1700m2/g、1750m2/g、1800m2/g、1850m2/g、1900m2/g、1950m2/g或2000m2/g等。

15、优选地，所述活性炭的堆积密度大于等于0.3g/cm3，例如可以是0.3g/cm3、0.32g/cm3、0.34g/cm3、0.36g/cm3、0.38g/cm3、0.4g/cm3、0.5g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3或1g/cm3等，优选为0.32-0.5g/cm3。

16、优选地，所述活性炭的容量大于等于20f/g，例如可以是20f/g、25f/g、26f/g、28f/g、30f/g、32f/g、34f/g、36f/g、38f/g或40f/g等，优选为25-36f/g。

17、优选地，所述正极活性物质和所述活性炭的质量比为100:(1～30)，例如可以是100:1、100:2、100:3、100:5、100:7、100:10、100:12、100:15、100:17、100:20、100:22、100:25、100:27或100:30等，优选为100:(2～15)。

18、优选地，以所述正极活性物质、活性炭、导电剂和粘结剂的总质量为100％计，所述正极活性物质的质量分数为70～95％，例如可以是70％、72％、73％、75％、77％、80％、82％、85％、90％、92％或95％等。

19、优选地，以所述正极活性物质、活性炭、导电剂和粘结剂的总质量为100％计，所述活性炭的质量分数为1-25％，例如可以是1％、2％、5％、5.5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、17％、20％、22％、23％或25％等。

20、优选地，以所述正极活性物质、活性炭、导电剂和粘结剂的总质量为100％计，所述导电剂的质量分数为0.5～5％，例如可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。

21、优选地，以所述正极活性物质、活性炭、导电剂和粘结剂的总质量为100％计，所述粘结剂的质量分数为1.5～4.5％，例如可以是1.5％、1.7％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或4.5％等。

22、可选地，本发明提供了一种第一方面所述的正极极片的制备方法，包括：

23、将正极活性物质、活性炭、导电剂、粘结剂和溶剂，按比例混合均匀，充分搅拌后形成分散均匀的浆料，将浆料均匀地涂布在集流体上，再依次经过烘干、辊压和分切的步骤，得到所述正极极片。

24、优选地，所述集流体包括铝箔。

25、第二方面，本发明提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池包括第一方面所述的正极极片。

26、优选地，所述钠离子电池还包括负极极片，所述负极极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂和分散剂等。

27、优选地，所述负极活性物质包括硬碳、软碳、中间相碳微球、氧化物材料和钠合金材料中的至少一种。

28、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明提供了一种正极极片，极片中可形成活性炭网络，在电池充放电过程中，活性炭网络不仅能够有效提高正极极片的电导率，有利于电子和离子的传输，从而提高正极的动力学性能；同时，活性炭网络还可以在充放电过程中吸附和脱附离子(例如钠离子)，通过吸附和脱附的方式，可以提高电池的功率密度和低温性能。其中，使用d50粒径小于8μm的活性炭，能够与正极材料尺寸更加匹配，填充正极材料颗粒间隙，更有利于形成活性炭网络，提升正极的导电性，同时较小的颗粒离子传输路径更短，更有利于提升活性炭在充放电过程中吸脱附离子的速率，进一步提升电池的功率和低温性能。此外，本发明的正极极片可采用不同种类的正极活性物质，应用范围广泛。